На 3D-принтері вперше надруковано літій-іонний акумулятор

Вчені з США навчилися друкувати на 3D-принтері готові до використання літій-іонні акумулятори і створили за допомогою цієї технології прототип браслета з світлодіодом і сонячні окуляри з регульованим затемненням, розповідають автори в статті Three-Dimensional Printing of a Complete Lithium Ion Battery with Fused Filament Fabrication в журналі ACS Applied Energy Materials.

Як відомо, за допомогою 3D-друку вже можна створювати еластичні провідні доріжки для деяких пристроїв. Але, поки таким чином можна друкувати лише частину необхідних для повноцінного пристрою компонентів, а чіпи і акумулятори доводиться виготовляти іншими способами.
Бенджамін Уайлі (Benjamin Wiley) і його колеги з Університету Дьюка і Університету штату Техас розробили метод, за допомогою якого можна створювати повноцінні функціонуючі літій-іонні акумулятори за допомогою 3D-принтера.
Для цього вони використовували бюджетний пристрій вартістю близько 250 доларів, який друкує об'єкти за допомогою пошарового наплавлення (FDM). Головною метою інженерів було створити просту і доступну технологію.
Щоб реалізувати свою ідею, вчені модифікували склад матеріалу для друку, так як принтер розрахований на друк полілактидом, однак, сам по собі цей матеріал має вкрай низьку іонну провідність і не підходить для створення акумуляторів.
Вчені розглянули безліч матеріалів, провели вимірювання їх властивостей і зупинилися на наступному. Спочатку принтер друкує шар з провідного графенового філамента для 3D-принтерів, який виступає як струмозбірник. На ньому друкується анод з суміші полілактиду, графена і титанату літію, зверху розташовується камера для електроліту, що друкується з чистого полілактиду, а над ним катод з суміші полілактиду, манганата літію і багатошарових вуглецевих нанотрубок. На останньому кроці принтер друкує другий струмозбірник з метал-полімерного композитного філамента.

Надрукований на 3D-принтері акумулятор
Інженери продемонстрували працездатність методу, створивши з його допомогою два пристрої-прототипи. Одне з них це - кільцеподібний браслет із зігнутим акумулятором, здатним живити світлодіод протягом хвилини. Другий прототип - це сонячні окуляри зі змінною прозорістю. В одній з дужок розташований акумулятор, а спереду розташовується рідкокристалічна панель, яка стає непрозорою при подачі струму з акумулятора.

Прототипи окуляр і браслета
 
У перспективі вдосконалена технологія дозволить створювати більш складні і довговічні пристрої з вбудованими акумуляторами.